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铁合金热熔渣能质协同利用制备矿棉智能装备与技术
铁合金行业作为钢铁行业重要的子行业之一,2017 年产量总量为 3288.7 万吨。铁合金行业蓬勃发展为社会带来巨大经济效益的同时,也产生了大量的工业固体废弃物。在冶炼合金时,每生产 1t 合金通常会产生 1.2-1.3t 的热熔渣。热熔渣的随意排放不仅占用了宝贵的土地资源,产生热能资源的浪费,还对周围的生态环境和人体健康造成一定的潜在威胁。因此,在中国特色循环经济背景下,铁合金行业闭环环节关键设备与技术的研发与产业化迫在眉睫。 青岛青力环保设备有限公司、北京科技大学和宁夏吉元君泰新材料科技有限公司结合铁合金产业闭环环节的热质废渣处理和资源化问题,研究铁合金渣的物理化学特性,在工业生产中充分利用熔融态铁合金渣的显热,热熔渣经过调质后达到预期的“修正酸度系数”可直接生产优质岩(矿)棉,其能源消耗将大大降低。相对于冷料工艺,此工艺避开了冷料工艺中先冷却再熔融的弊端,可以充分利用热熔渣的显热实现能源的最合理利用,极大地降低了生产成本,相比于其他高炉热熔渣制棉工艺,经过优化调质可生产出优质岩(矿)棉产品,达到《建筑外墙保温用岩棉制品》的国家标准。在岩(矿)棉生产线设备方面也进行了一系列的改进和创新,并研发了岩(矿)棉自动生产线电控系统,通过物联终端的网口通功能将可编程序控制器(PLC)和上位机电脑置于同一个虚拟局域网中,实现远程下载和数据采集功能。通过串口通软件实现远程编程,进而实现对生产线的远程控制、故障诊断、远程故障排除等远程监控运维,使设备更加高效,产品更加稳定,企业具有更强的市场竞争力。本项目所建成的铁合金热熔渣生产岩(矿)棉工艺主要由调质电炉、离心机、集棉机、集粒机、摆锤、成型机、固化炉、切割机及产品包装等设备组成。目前国内在使用铁合金热渣成棉的热渣类型主要为硅锰合金热渣和镍铁合金热渣。转运方式主要是汽车运输、电瓶车运输和火车运输。 在生产中对每一批次(2-3 个月内冶炼原料和工艺保持不变)的铁合金热熔渣预先进行物理化学基本特性分析,即时优化调质料配比。调质电炉的主要作用是储存熔融态铁合金渣,保证流股的稳定性和均匀性,铁合金热熔渣流入调质电炉,依托最优调质配比进行调质并均质化(电弧均化与底部氮气喷枪均化),调整其修正酸度系数,在热均匀性和化学均匀性上使熔体达到成纤标准。 2、核心装备技术的设计 (一)调质电炉核心设计: 1、调质电炉为直接加热式三相交流电弧炉,电弧发生在专用电极棒和液态热熔渣之间,热熔渣和调质料直接受到电弧热加热并进行均化。除了电弧均化,为了加强热熔渣与调质料的调质反应过程,使最终热熔渣温度和成分均匀,在电弧炉炉底部加装氮气喷枪。 2、炉体设有一个密闭接渣口,通过密闭溜槽使热渣缓慢流入炉体内,接渣时需手动打开进渣口门。 3、炉体一侧出渣口设一个手动水冷铜出渣门用来控制流量的大小,另一侧设一个出铁口,用来放出炉底沉淀残铁。 4、特殊配制的耐材。 5、电炉变压器为电弧炉专用变压器,采用有载电动调压,低压二次侧采用铜排顶出线,外封口。变压器油水冷却器采用强油循环水冷却器。 6、电极升降自动控制系统由西门子S7-200型PLC来完成。将三相电弧电压、电流信号通过信号转换电路变成 0-5V 标准信号送入 PLC 模拟量输入模块,PLC根据采集的电流、电压信号、变压器档位及给定值等信号,按照功率控制的原理进行运算处理及逻辑判断后,将结果通过 PLC 模拟量输出模块控制液压系统电极升降阀(派克比例阀 3 用 1 备),对电极升降进行自动调节,当一路出现故障时可以手动切换,从而控制输入到炉内的电弧功率,以满足冶炼工艺的要求。在自动控制过程中,随时可通过按键来增加或减少给定信号,在运行过程中,随时可以手动控制电极升降。 (二)离心机核心设计: 热渣用离心机不同于冷料用离心机,为更好使用各种类型的热渣,经过几年的理论与实践生产,设计并制作出专用的热渣离心机: (1)主轴采用多级弹性支撑,减震效果好,支撑强度大,长期使用稳定性好,大大提高了轴承的使用寿命,比传统离心机的轴承使用寿命提高 30-40%。 (2)不同的坐标位置,使成纤率提高 5-10%。 (3)离心辊头采用 316L 多层堆焊,辊头使用寿命延长 72-120 小时。 (4)可调胶环,分别计量控制精确供胶,中心喷胶与外围喷胶相结合,使喷胶更均匀,节胶、高质,有效减少花棉的出现。 (5)整体风环结构有区别的导流片设计。 (6)辊头采用开式或闭式冷却方式,轴承采用压缩空气油气雾化技术,既可对轴承充分润滑,又对轴承起冷却作用,从而大大提高了主轴轴承的使用寿命。 (三)鼓式集棉机核心设计: (1)集棉机采用转鼓式,直径 5 米,总宽度 2.8 米,网板有效宽度 2.4 米,线速度可达 100 米/分钟,从而保证了一次棉在网板上分布得更薄更均匀(小于350g/㎡)从而保证了制棉的质量。 (2)由于转鼓的两端支撑在大型回转支撑上,并有良好的润滑,故其使用寿命非常长(几年至十几年),大大减少了设备的维修量。 (3)网板采用长条孔结构,通透率大于 48%,从而减少了负压风机的功率消耗,增加了成纤率。 (4)集棉机内配备刮板机、螺旋输送机、高压水清洗装置,保证了集棉机长期稳定运行。 (四)摆锤的核心设计: 摆锤目前主要分弧摆和平摆。国内岩(矿)棉厂基本上都是弧摆,优点是结构简单维修方便,缺点是岩棉板容重不均匀;国外岩棉厂有的采用平摆,优点是岩棉板容重均匀性一致,提高了产品质量,缺点是结构复杂维护麻烦。我们特殊设计的摆锤形式为似平摆,结构简单维修同样简单方便,岩棉板容重均匀性基本达到 95%以上,而弧摆形式的容重均匀性为 80-85%。 (五)固化炉核心设计: 固化炉接受加压机输送过来的棉毡经固化炉上下网版输送、加压、烘干,使棉毡里的粘结剂在运行过程中连续固化,以形成一定厚度、容重的岩棉板。固化炉上下网板为单独驱动同步运行。固化炉内分为四个加热区,外配 4 台热风炉由天然气燃烧机产生热风循环加热,并将熔化系统的低温换热器产生的热风送至热风炉以降低天然气的消耗量,使产品固化能耗降低、效率提高。固化炉烘烤需要天然气和煤气,而许多热渣厂家有高炉煤气或矿热炉煤气,所以热渣制棉生产比冷料工艺生产可节省此天然气费用,大幅降低了生产成本。 (六)冷却、切割系统核心设计: 冷却切割系统主要由五部分组成:冷却、纵切、废边回收、切条、横切。 纵切:三套刀具,可随时升降。 碎边机:独立碎边,配备碎边回收风机,安全可靠。 切条机:一用一备共 2 套,可随时升降切换使用。 横切:由于生产线是连续不停的运行,但产品要求定长切割,因此横切(飞锯)必须与生产线同步。我们采用多台伺服电机,配以运动控制器,使横切动作运动瞬时跟踪整个生产线的速度,即使在切割过程中也可以做到,从而保证了切割精度在+2.5mm 以内。 (七)智能云平台系统是我们研发的岩(矿)棉自动生产线电控系统,由中央控制、加配料、富氧、温控、成纤、集布棉、打褶打压、固化、切割、制胶等 10 大电控系统组成,它完成岩(矿)棉从原料熔化开始,到切割成成品为止的全部生产过程控制。各子控制系统通过中央控制系统统一协调,采用“主站-从站”结构,分散集中控制(DCS),主站采用了西门子公司生产的 S7-1500 系列可编程序控制器(PLC),从站采用了西门子公司生产的S7-200 Smart系列可编程序控制器(PLC),系统各部分的联系,仅用一根 TCP/IP 总线,方便地组成工业以太网,并配以计算机和西门子专用界面软件 WinCC,可图文并茂的设定、显示、传送、查询和打印各从站的数据。通过在设备的中央控制系统配套天启物联终端云 BOX TN-605 以及高速的 4G运营商网络实现与远程运维服务平台的数据连接。通过物联终端的网口通功能将PLC 和上位机电脑置于同一个虚拟局域网中,实现远程下载和数据采集功能。通过串口通软件实现远程编程,进而实现对设备的远程控制功能。远程运维服务平台通过网口通、串口通软件可以实现设备的全方位监控云服务。通过对现场设备的实时状态监测、远程启停控制、设备报警通知、设备地图管理、微信端监控等功能,实现在任何时间、任何地点实时查询设备最新状态、设备参数和变量的实时变化,了解设备状态、参数和变量的变化趋势,并获得针对这些变化趋势的统计分析等。 另外运维平台的数据归档服务功能,可实现对用户设备数据的定期分类归档。用户根据平台采集归档的海量数据,对设备相关数据进行大数据分析,定义出触发器条件。另外,平台在云端提供了一个强大的计算引擎,可以实时计算设备当前状态、变量和参数是否符合触发条件,同时对符合触发条件的情况触发事件报警。这一功能使得产品生产处于实时预警、可查可控的状态,对于提高岩(矿)棉生产率和合格率效果明显。 (八) 熔体流量自动控制系统 虽然电炉上已安排液压(或电动)水冷闸板阀用于控制流股的稳定性,但由于需定期加入熔渣,电炉液面还有一定的波动,从而造成流股的不稳定性。另外,液位高度变化、组成成分的波动,都会对熔体粘度发生影响,造成流股波动,无法保证制品的稳定性。我们开发了熔体流量自动控制系统,利用安装在成型机下面的自动称重系统来捕捉流股的变化。通过 PLC 控制系统,采用计算机程序运算,对整个生产线的速度进行 PID 调节,从而保证产品容重的波动在极小的范围内,容重控制在±5%以内(国家标准容重范围在±10%),保证了产品质量,降低了生产成本。 3、典型铁合金热熔渣生产优质岩(矿)棉调质技术研究 大量研究利用硅锰、镍铁等典型铁合金废渣为原料,将熔体采用高速离心喷吹等工艺制成的丝状无机纤维,制成矿棉。这种矿棉与目前广泛应用的岩棉相比,在酸度系数、耐水性、耐火性、耐腐蚀性以及纤维长度等方面还有很大差距,矿棉的性能还不能满足建筑外墙用保温材料的标准要求。由于矿棉原料成份与岩棉原料不同,通常对热熔渣进行调质处理,添加硅石等调质剂,尝试的效果不十分理想。在高温热熔渣调质过程存在熔渣难与调质剂混合,并产生降温造成熔渣黏度高,难以达到硅酸盐体系的成丝要求,严重影响了矿棉生产和成丝质量,制约了铁合金渣的利用,造成了铁合金生产的环保压力。我们针对上述已有技术存在的不足,创新研发了一种能快速形成硅酸盐系的调质方法:以新的修正酸度系数 Mk*=1.6 为标准,这样最终的酸度系数 Mk 在1.7-1.9 之间。将铁合金热熔渣浇入调质炉,电极加热(电弧均化)产生一定的流动性,炉底部喷枪喷入氮气,促进与加入的调质料(热料或小球状冷料或粉料)充分混合,保证了快速形成硅酸盐体系,并通过调质电炉升温保温再均化等,得到熔体温度合适、黏度适宜、成分符合吹棉要求的熔渣,解决了熔渣难与调质料混合并产生降温的问题,达到了高质量矿棉的性能标准,实现了对矿产资源的节约以及铁合金废渣更好的利用。利用铁合金渣生产矿棉的调质方法,调制出的熔渣流体的修正酸度系数 Mk*为 1.5-1.6,温度 1360-1460°C,黏度 14-6 Pa·s。将调质好的熔体通过离心喷吹制成岩(矿)棉,其岩(矿)棉纤维可达到《绝热用岩棉、矿渣棉及其制品》GB/T11835-2007,岩(矿)棉板可达到《建筑外墙外保温用岩棉制品》GB/T25975-2010 性能要求。通过大量实验得出结论:用高硅低铝高钙调质料对硅锰渣进行调质最为适宜,用高硅高铝低钙调质料对镍铁渣进行调质最为适宜。
北京科技大学 2021-04-13
轻合金表面微弧复合处理设备及工艺技术开发
微弧复合处理(Micro-arc Composite Ceramic,MCC)技术将不需前处理的微弧氧化与静态防护性能优异的有机物涂装技术相结合,在铝、镁合金表面制备具有高性能、多用途的陶瓷有机复合涂层,性能明显优于单一微弧氧化或传统涂装工艺。研究团队近年来承担了科技部“十五”科技攻关计划项目、国家科技攻关计划引导项目、国家高技术研究发展计划(863计划)项目、科技部“十一五”科技支撑计划项目及科技部国际合作计划等项目。微弧复合处理工艺简单、环保、无排放,处理效率高,涂层综合性能优异,以及对材料的适应性强(复杂构件或深孔管件)等优点,开发的设备运行稳定,已成为业界认可的铝、镁合金“环保型”表面处理技术,由在机械、汽车、国防、电子、航天、航空及建筑等领域有着极其广泛的应用前景。
南京工业大学 2021-01-12
一种高烘烤硬化镁合金材料及其制备方法
本发明涉及镁合金技术领域,公开了一种高烘烤硬化镁合金材料及其制备方法。本发明公开了一种高烘烤硬化镁合金材料,包括以下化学成分:Zn 0.3~6.0wt.%、Ca 0.1~1.0wt.%,余量为晶粒细化元素、镁和不可避免的杂质;其中,所述晶粒细化元素为A l 0.1~3.0wt.%+Mn 0.1~0.7wt.%或Zr 0.1~0.7wt.%。本发明公开的一种高烘烤硬化镁合金材料,经烘烤硬化处理后基体中可形成高密度的纳米GP区和纳米团簇,具备快速时效响应能力,其成本低,工艺实施简单,可规模化生产,具备与烘烤硬化钢相匹配的烘烤硬化性能。
南京工业大学 2021-01-12
一款广谱抗病毒喷剂
复旦大学附属上海市公共卫生临床中心历时6年研制的一款广谱抗病毒喷剂可用于新型冠状病毒肺炎应急病房职业防护,并已顺利通过伦理审查。1月25日,首批抗病毒喷剂已送入上海市公共卫生临床中心应急病房。
复旦大学 2021-04-10
5000t/a AH系列稀土复合稳定剂
目成果/简介: AH系列稀土复合稳定剂集热稳定剂、抗氧剂和内外润滑剂等助剂为一体,经科学配方和严格工艺处理而成的新一代多功能、多用途的聚氯乙烯(PVC)塑料加工助剂。该系列产品具有优良的热稳定性,加工初期着色性小和流动性好,高效且用量少,无毒(实际无毒级),耐候性能优良等特性。使用本系列产品无需改变原工艺操作规程,也不需改变稳定剂以外的其它材料配方,可等量或减量取代原用稳定剂。应用范围: AH系列稀土复合稳定剂适用于聚氯乙烯(PVC)硬塑(管材、板材、异型、硬片等)、软塑(电缆料、人造革、塑料鞋、透明包装材料、薄膜等)类制品。知识产权类型:其他技术先进程度:达到国内先进水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:无
安徽大学 2021-04-11
绿色食品防腐剂——乳酸片球菌素
由于人们对食品安全性的认识和要求日益提高,多数国家开始大力限制化学防腐剂的 使用,而我国也在防腐剂方面加大了限制力度。乳酸片球菌素(Pediocin)是由乳酸片球菌 (Pediococcus acidilactici)产生的一种类似于Nisin的短肽。Pediocin与Nisin的物理化学性质和用 途类似,耐高低温、耐酸、在人体中可降解,因此安全无毒,且方便使用。Pediocin的抗菌效 果与Nisin类似,但在抗菌谱上有较大差异,能抑制包括白色念珠菌、大肠杆菌、金黄色葡萄 球菌、肉毒芽孢杆菌、耐热腐败菌等在内的大量致病菌。因此Pediocin可以单独用在食品防腐 和医疗上,同时也可以与Nisin互相补充,增强抑菌效果,具有极高的使用价值和应用前景。 ●所属领域:生物 ●项目成熟度:小试 ●应用前景: 实验发现,所产的Pediocin对包括白色念珠菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、肉毒芽孢杆 菌、耐热腐败菌等在内的大量致病菌都有显著的抑制效果,因此,具有很高的应用前景;目前 片球菌LH31的菌体密度最高可达OD(600nm)20左右,而Pediocin的效价由最初的1500AU/ml 提高到18000AU/ml,高于Nisin目前的发酵单位。目前,国内外都还没有实现产业化,其类似 产品Nisin在我国已经实现了产业化(年产5吨左右,全球产量最大),年产值10亿元人民币。
华东理工大学 2021-04-11
新型新烟碱杀虫剂环氧虫啶
环氧虫啶(简称QS)是一种新型的新烟碱类杀虫剂。环氧虫啶是国际上第一个nAChR的拮抗剂,极有可能成为国际上具有重要影响力的新一类杀虫剂,其活性显著优于吡虫啉。目前项目已经完成了2种剂型14地药效试验,结果表明:对水稻褐飞虱、白背飞虱、灰飞虱均高效,对甘蓝蚜虫和黄瓜蚜虫也有良好防效,对稻纵卷叶螟有较好的兼防效果,对棉田烟粉虱活性显著高于吡虫啉,日本大冢和我们的测试结果均表明该化合物的活性高于美国陶氏益农将于2014年全球上市的新一代新烟碱杀虫剂氟啶虫胺腈(Sulfoxaflor)。另外,其蜜蜂毒性也显著降低,环氧虫啶48小时急性摄入LC50为19.18mg/L, 吡虫啉4.94mg/L,明显低于吡虫啉,环境安全性得到提升。此外对羊、兔的绦虫和球虫显示出优异的活性。申请中国专利2项(CN 101747320A,CN 201910258534.3)和国际专利1项(WO2010/069266 A1)。
华东理工大学 2021-04-11
高性能聚丙烯成核剂的开发和应用
开发了一系列高效聚丙烯成核剂以及相关的生产工艺,并应用所开发的高效成核剂开发了高性能聚丙烯专用料。具体成果如下: (1)开发了具有非对称结构的山梨醇类聚丙烯透明成核剂,应用此类成核剂可以开发高透明聚丙烯专用料,可以应用在食品包装、日用品以及医用注射器等领域。目前此类成核剂已经小批量生产。 (2)开发了制备有机磷酸盐类成核剂NA-40的一步法新工艺,将传统工艺中的三步反应集于一釜完成,工艺简单,产品的总收率达到86%,达到国际先进水平。制备了纳米有机磷酸盐类成核剂,对聚丙烯的力学性能和光学性能都有比较明显的改善,具有良好的应用前景和经济价值。纳米成核剂与市场未纳米化的同类产品相比,在达到相同改性效果时,成核剂的应用量可减少一半,具有较好的推广价值。应用这类成核剂可以开发高透明、高刚性、高耐热的聚丙烯材料。目前,此类成核剂已经批量生产(上海科塑高分子材料有限公司)。 (3)开发了一种新型高效羧酸金属盐类聚丙烯β晶型成核剂,结构属国内外首创,已经申请国家专利。这种成核剂具有较高的成核效率和选择性,能够诱导聚丙烯产生高含量的β晶型,聚丙烯的抗冲击强度提高3-4倍,热变形温度提高10-15℃,解决了聚丙烯一直存在的抗冲击强度和热变形温度不能同时提高的矛盾,应用这种成核剂能够开发高抗冲高耐热的聚丙烯材料。目前,此类成核剂目前处于中试阶段。
华东理工大学 2021-02-01
新型膨胀阻燃剂合成及其应用研究
本项目完成了新型单组分磷氮膨胀型阻燃剂的合成方法及合成工艺的研究,进一步获得了多种具有良好耐热性的新型单组分磷氮膨胀型阻燃剂。进一步研究开发出具有火灾危险性较低、环境友好、力学性能优异的分磷氮膨胀阻燃复合材料,本质上阐明了单组分磷氮膨胀阻燃PS的阻燃机理。通过小尺寸燃烧实验和大尺寸实体火灾实验,获得了阻燃符合材料燃烧特性参数,并建立通过小尺寸燃烧实验预测阻燃材料在真实火灾中燃烧行为的科学方法,完成对基于杯芳烃模块的单组分磷氮膨胀阻燃PS复合材料的火灾危险性的全面评价。同时,基于本项目的成果,发表了SCI 13篇,申请国家发明专利4项。项目实施过程中培养专业硕士研究生10名。
中国人民警察大学 2021-05-03
AXL-天然保健降害卷烟添加剂
该课题是2001年8月列入国家烟草专卖局烟草科学研究与技术开发项目(计划文号:国烟科2001年第504号,合同号:110200101025)、2004年8月31日通过国家烟草专卖局鉴定的科研成果。内容是运用我国传统中医药学理论,通过从古、验方筛选出的数种天然植物,进行具有降焦降害、活血行气、祛风止痛和祛痰止咳等保健降害作用的生理活性精华物质提取工艺研究和配方筛选,研制开发出一种可应用于卷烟工业的新型天然植物卷烟添加剂—“AXL—天然保健降害卷烟添加剂”(简称AXL添加剂),建立了添加剂中主要生理活性成分定性和定量分析的方法,对AXL添加剂及其添加卷烟样品降低烟气的危害性进行了系统的化学分析和生物学评价,其技术的应用可以提升卷烟新产品的附加值,用技术的先进性赋予卷烟新产品的个性化,为消费者提供更多的选择,为企业的可持续发展提供有力的技术支撑。 1 降压作用 有效率为100%; 2镇咳作用 有效率90%以上,切对吸烟所致小鼠的肺损伤有较好的保护作用; 3降焦降害作用 焦油量减少1.4mg/支;一氧化碳减少1.4mg/支;烟碱减少0.19mg/支;烟草特有亚硝胺NNN和NAB的含量分别降低了40%和45%;苯并[a]芘的含量降低了20%。 4 卷烟中AXL添加量为6.9μg/kg、13.8μg/kg时,能明显提高实验动物大鼠血清中T-SOD活性和不同脏器中SOD活性。
武汉工程大学 2021-04-11
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